증상: 특정 각도에서 진폭이 갑자기 떨어진다 – 국부 결함과 오염의 위치 찾기

매번 같은 각도에 오면 신호 진폭이 한 덩어리 떨어진다면 대부분 디스크의 국부 결함이나 얼룩 때문입니다. 진폭 저하 깊이는 대략 가려진 면적을 검출 창 면적으로 나눈 값이고, 지속 호의 길이는 대략 결함 길이와 창 폭의 합입니다. 이 글은 오실로스코프 판독값으로 결함 크기와 각도 위치를 역산하는 방법, 세 종류 결함의 파형 특징, 허용 가능한 진폭 저하 기준을 제시합니다.

디스크를 일정한 속도로 돌리면 대부분의 각도에서는 진폭이 정상인데, 어떤 고정된 위치에 올 때마다 한 덩어리 움푹 꺼지고 그것이 몇 도 동안 이어집니다. 꺼지는 위치를 Z 펄스와 맞춰 보면 정확히 일치합니다. 이는 문제가 디스크의 어느 국부에 고정되어 있다는 뜻입니다. 스크래치, 잔류 크롬, 파티클, 지문 중 하나입니다. 현미경으로 디스크 전체를 뒤지기보다, 먼저 오실로스코프의 꺼짐에서 결함의 크기, 성질, 위치를 계산한 다음 해당 지점을 확인하는 편이 낫습니다.

꺼짐의 깊이와 폭

단일 필드 스캐닝(각 위상이 같은 검출 영역 안에 교대로 배열된 방식)을 예로 듭니다. 결함이 피치보다 크면 결함이 덮은 부분의 창은 더 이상 변조를 만들지 않고, 네 위상이 같은 비율로 영향을 받아 A, B 진폭이 같은 비율로 떨어집니다.

d = A_overlap / (W·H)

여기서 A_overlap은 결함과 검출 영역의 겹친 면적, W, H는 창의 접선 방향 폭과 반경 방향 높이입니다. 결함의 접선 방향 길이를 L, 반경 방향 폭을 h라 하면 창을 지나가는 호의 길이는 L + W이고, 지속 각도는

Δθ ≈ (L + W) / r

꺼짐은 보통 사다리꼴입니다. 양쪽 경사가 각각 min(L, W), 평평한 바닥이 |L − W|를 차지하며, 최대 깊이는 min(L, W)·min(h, H)/(W·H)이고 타원형 결함은 여기에 약 π/4를 더 곱합니다. 결함이 피치보다 작으면 결과는 결함이 크롬 선 위에 있느냐 투과 슬릿 위에 있느냐에 따라 달라지며, 결함 하나로 0에서 약 2배 사이를 오갑니다.

계산 예: r = 20 mm, 5000라인(p ≈ 25.1 μm), 검출 창 1.0 × 0.5 mm(가정):

오실로스코프로 결함 크기 역산하기

시간 판독값은 회전 속도 변동의 영향을 받으므로 신호 주기를 세는 편이 더 확실합니다. 꺼짐 전체가 N_tot주기, 평평한 바닥이 N_f주기, 한쪽 경사가 N_r주기 동안 이어지고 피치가 p라면

L + W = N_tot·p, |L − W| = N_f·p, min(L, W) = N_r·p

N_r·p가 창 폭 W에 가까우면 L ≥ W라는 뜻이므로 결함 길이는 L = (N_tot − N_r)·p이고, 그렇지 않으면 L = N_r·p입니다. 이어서 깊이로부터 반경 방향 크기 h ≈ d·W·H/min(L, W)를 얻습니다. 창의 조도가 균일하지 않으면 꺼짐의 가장자리가 둥글어지므로, 경사 길이는 깊이 10%에서 90% 사이의 주기 수를 취해 적절히 외삽하는 것이 좋습니다.

각도 위치: Z 펄스에서 꺼짐 중심까지의 주기 수 n_c를 세면 회전각은 Δφ = n_c·360°/N입니다. 디스크 위의 결함 위치는 Z 눈금선에서 회전 방향의 반대쪽으로 Δφ만큼 센 곳이며, 여기서 리드헤드 도면상의 Z 검출기와 인크리멘탈 창 중심 사이의 접선 방향 어긋남을 빼야 합니다. 현미경 아래에서 Z 눈금선을 기준으로 그 각도까지 돌린 뒤 판독 반경 r ± H/2의 띠 안을 찾으면 보통 한 시야 안에서 보입니다.

세 종류 결함의 파형 특징

교류 진폭만으로는 결함의 성질을 구분할 수 없으며 직류를 함께 봐야 합니다. 차동 출력에서는 직류가 상쇄되므로 리드헤드의 싱글엔드 테스트 포인트나 네 위상의 합을 써야 합니다(그림 3 참조).

• 크롬층을 관통한 스크래치: 결함 부위가 완전 투과가 되어 교류는 f만큼 떨어지지만 직류는 오히려 올라가며, 디스크 듀티비 50%일 때 약 f만큼 상승합니다. 가장자리가 가파르고, 접선 방향 스크래치는 길고 얕으며 반경 방향 스크래치는 짧고 각집니다.
• 잔류 크롬 또는 불투명 파티클: 교류와 직류가 같은 비율로 떨어집니다. 꺼짐의 모양은 결함 외형이 결정하며 흔히 단일 점으로 나타납니다.
• 지문 또는 유막: 주로 산란입니다. 산란 비율을 s, 산란광 중 여전히 검출기에 닿는 비율을 η라 하면 교류는 s만큼 떨어지고 직류는 s·(1 − η)만 떨어져, 교류가 직류보다 많이 떨어집니다. 가장자리가 완만하고 지속 각도가 길며 모양이 불규칙하고, 흔히 넓게 퍼져 나타납니다. 산란의 정량 모델은 본 자료실의 오염 글을 참조하십시오.

비슷해 보이지만 각도에 고정되지 않는 경우도 있습니다. 오염이 리드헤드의 창이나 인덱스 격자에 있는 경우입니다. 이때는 전 둘레에 걸쳐 일정한 진폭 저하나 오프셋이 생기고 Z와 고정된 위상 관계가 없으므로 디스크 위의 결함과 구분할 수 있습니다.

허용 가능한 진폭 저하 기준

단일 필드 스캐닝에서는 꺼짐이 A, B의 공통 모드 변화이므로 atan2 보간 자체는 오차를 만들지 않으며, 판정은 주로 여유를 봅니다. 최소 진폭 A·(1 − d − η_other)가 경보 임계값보다 높고 여유가 있어야 하며, 구형파 출력이라면 비교기 히스테리시스보다도 높아야 합니다. 고정 오프셋의 상대값은 1/(1 − d)배로 커집니다. 일반적으로 d가 10% 이내면 큰 문제가 없고 20%를 넘으면 조치해야 합니다(예시 기준이며 제품의 경보 임계값에 맞게 조정).

분할 필드 판독(A+, B+, A−, B−가 각각 독립된 창을 갖는 방식)에서는 훨씬 엄격합니다. 결함이 한 필드에만 걸리면 약 f/(2M)의 오프셋이 생기며, M은 변조도입니다. M = 0.5, 허용 오프셋 1%(2048라인에서 약 1″)일 때 한 필드에서 허용되는 가림 면적은 약 1%에 불과합니다.

속도의 영향에도 주의해야 합니다. 저속에서는 자동 이득이나 자가 교정이 꺼짐을 따라가 꺼짐을 ‘평탄하게’ 만드는 대신 오프셋 점프를 일으킬 수 있고, 고속에서는 꺼짐이 아주 짧은 시간만 지속됩니다. 측정은 고정된 저속에서 하고 자동 이득은 끄거나 기록해 두십시오.

설계 포인트

• 먼저 꺼짐이 Z에 고정되어 있는지 확인합니다. 디스크에 고정된 것은 결함이고, 고정되지 않은 것은 리드헤드 쪽을 점검합니다.
• 크기 역산에는 시간이 아니라 주기 수를 씁니다: L + W = N_tot·p, |L − W| = N_f·p이며 깊이로 반경 방향 크기를 구합니다.
• 싱글엔드 직류를 함께 봅니다. 직류 상승은 크롬층 관통, 같은 비율 하강은 불투명물, 교류가 직류보다 많이 떨어지면 산란성 오염입니다.
• 현미경으로 확인할 때는 Z 눈금선을 기준으로 회전 방향 반대쪽으로 Δφ를 세고, Z와 인크리멘탈 창의 접선 방향 어긋남을 뺍니다.
• 분할 필드 판독은 단일 필드 교대 배열보다 국부 결함 허용도가 훨씬 낮으므로, 수입 검사의 결함 크기 한도는 리드헤드 구조별로 따로 정해야 합니다.
• 세정 후 같은 각도에서 꺼짐 깊이를 다시 측정해 깊이가 얕아지면 오염, 변하지 않으면 패턴 결함입니다.

정리

고정 각도에서 나타나는 진폭 꺼짐은 일종의 자로 쓸 수 있습니다. 깊이는 가림 면적이 창에서 차지하는 비율에, 주기 수는 결함과 창의 접선 방향 크기의 합에 대응하고, Z가 각도 위치를 알려 줍니다. 여기에 싱글엔드 직류의 오르내림으로 결함 성질을 판단하면 디스크의 지정 위치를 바로 확인할 수 있고, 리드헤드 구조에 맞춰 허용 진폭 저하 한도도 정할 수 있습니다.

중국어 원문 기사 번역 (0204). ENC7 코드 디스크 제조사 (문의) · 기술 자료 · https://enc7.com

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